Способ акустического каротажа и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>960697

{61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18 ° 03. 81 (21) 3289698/18-25 с присоединением заявки ¹â€”

Р }М g> з

G 01 Ч 1/40

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

{23) Приоритет (53) УДК 550. 83 (088. 8) Опубликовано 23.09.82.Бюллетень ¹ 35 Дата опубликования описания 23. 09. 82 еление института геологии и горючих ископаемых (54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО KAPOTAXA И УСТРОИСТЭО

ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к геофи,.зическим исследованиям скважин акустическими методами.

Известны способы акустического каротажа на поперечных волнах, нри реализации которых для преимущественного возбуждения поперечных волн.используют направленное фокусированное излучение ультразвука. 10

Известен способ акустического каротажа скважин, согласно которому осуществляют одновременно излучение и последующий прием акустических сигналов в нескольких точках, расположенных на равном расстоянии одна от другой по периферии скважины, причем датчики излучения и,приема прижимают к стенке скважины и ориентируют вектор смещения по азимуту скважины f1).

Такой способ позволяет измерить скорость .поперечной волны с высокой эффективностью, однако обладает низкой технологичностью ввиду затруднений с- непрерывной записью каротажной кривой и поэтому годится лишь для ис- 25 следования отдельных наиболее важных интервалов.

Известны также непрерывно управляемые датчики ддя акустического каротажа, реализующие способ каротажа ЗО на продольных и поперечных волнах, основанный на том, что наиболее эффективное возбуждение конкретного вида волны происходит при вводе энергии в породу под соответствующим критическим углом, а при падении амплитуды волны подстраивают угол ввода э нергии С21.

Известен также способ акустического каротажа, в котором повышают точность регистрации поперечных волн путем подстройки угла ввода акустических колебаний за счет использования информации, полученной в предыдущем цикле измерений (31.

Недостатком известных способов акустического каротажа является техническая трудность создания достаточно сфокусированного пучка акустической энергии в условиях скважины. Поскольку поперечный размер скважины допускает максимальный диаметр излучателя порядка 100 мм, то при таком размере достаточную фокусировку излу- . чения можно осуществить лишь на рабочих частотах порядка сотен килогерц.

Однако такие частоты в акустическом каротаже не используются, во-первых, из-за очень большого затухания энергии, во-вторых, из-за крайне

960697 низкой глубинности исследования. В то же время на практически используе-. мых частотах (5-30 кГц) фокусировка энергии встречает большие технические трудности и эффект ее применения невелик.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ акустического каротажа скважин, основанный на направленном возбуждении в скважине акусти-10 ческих волн и регистрации параметров поперечных волн.

В этом способе реализуется не пространственная, а частотная избирательность при возбуждении конкретного ти- па волны по породе. Способ использует тот факт, что наилучшие условия распространения вдоль сква- жины в виде поперечной волны имеет так называемая частота среза (или щ критическая частота).Для первой моды колебаний эта частота примерно определяется по формуле К

V5

ЛЙ где R - радиус скважины, Ч - скорость распространения поперечной волны по породе (4 ).

Недостатком этого способа является ограниченность диаметра скважины.Для практически встречающихся пород критическая частота 5-10 кГц. В то же время цилиндрический излучатель с максимальным диаметром 100 мм имеет собственную частоту порядка 15-20 кГц.

Для снижения этой частоты применяются трудоемкие способы демпфирования излучения, при этом получение частот .ниже 10 кГц (то есть исследование низкоскоростных пород) мало эффективно, а излучаемая мощность за счет демпфирования падает..кроме того, 40 способ не устраняет продольные волны, а лишь уменьшает амплитуду относительно амплитуд поперечных волн.

Наиболее близКим к предлагаемому изобретению по технической сущности 45 является преобразователь акустических сигналов, представляющий собой излучатель электродкнамического типа с подвижной мембраной из проводящего.материала E5 );

Недостатком данного преобразователя является невозможность возбуждения плоских гидроволн.

Цель изобретения - повышение точ- ности регистрации динамических и кинематических параметров поперечных волн.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу акустического каротажа, основанному на направлен- 60 ном возбуждении в скважине акустических волн и регистрации параметров поперечных волн, возбуждают в направлении оси скважины плоскую гидроволну с основйой частотой; соответствующей 65 резонансной частоте столба жидкости и определяемой выражением õ

2ЛК где V — скорость распространения волн в жидкости, R - радиус скважины при этом способ осуществляется с помощью устройства, содержащего излучатель электродинамического типа с подвижной мембраной из проводящего материала, систему возбуждения излу-, чателя в виде катушки возбуждения и разрядного конденсатора и приемную систему, причем подвижная мембрана излучателя выполнена в виде круглого поршня максимально допустимого для каждой скважины диаметра и расположена перпендикулярно к оси скважины, а разрядный конденсатор имеет емкость, F

\ 1

Э определяемую выражением С

43k L где Е - индуктивность катушки sos- буждения.

Известно, что гидроволна распрост раняется в основном по столбу скважинной жидкости со скоростью несколько меньше скорости звука в жидкости.

При частоте близкой к нулю скорость гидроволны соответствует скорости волны Лэмба, а при частоте, стремящейся к бесконечности, скорость гидроволны близка к скорости волны

Стоунли на плоской границе жидкого и твердого полупространств. На промежуточных частотах скорость гидроволны диспергирует, причем вид дисперсии определяется в основном скоростью поперечных волн в породе. На этом эффекте основан способ определения скорости поперечной волны по скорости гидроволны. Обычно гидроволна рассматривается как волна-помеха, имеющая по сравнению с полезными волнами очень большую амплитуду.

Данный способ заключается в возбуждении гидроволны с плоским фронтом с целью получения поперечной волны по породе. Известно, что плоская волна по столбу жидкости внутри оболочки имеет наинизшую резонансную частоту, определяемую по. формуле

7к

Vp = -, где Ч,„- скорость звука в жидкости. На" этой частоте столб жидкости в наибольшей степени возбуждает колебания оболочки. Из формулы видно, что Ер совпадает с Е для

V> 20, т.е ° для примерно средней частоты Чэ по разрезу скважины, Таким образом, возбуждая гидроволну с плоским фронтом на частоте К (которая близка .к К ), получаем наибольший эффект возбуждения поперечной волны по породе.

Способ реализуется с.-„помощью устройства, в котором излучатель акустических сигналов выполнен в виде подвижной мембраны, расположенной в горизонтальной плоскости и перекрываю960697 щей поперечное, сечение скважины. Для лю 4 идеального возбуждения плоской гид- ность. роволны необхо имо ч д, тобы диаметр Предлагаемый способ акустического мембраны был равен диаметру скважины, каротажа и устройство для его осуфактически же диаметр мембраны огра- ществления дают преимущественное воз" ничен техническими условиями на сква- 5 буждение поперечной волны по породе жинную аппаратуру, но он должен быть по сравнению с.продольной, эа счет максимально возможным. чего увеличивается точность измереДля обеспечения необходимой основ- ния кинематических и динамических ной частоты излучения возбуждение . параметров поперечных волн. мембраны производят от разрядного 10 конденсатора с емкостью СФормула изобретения.

Ю 4Д2Ь

1. Способ акустического каротажа, На чертеже показана схема фаботы основанный на направленном возбуждеустройства. 15 нии в скважине акустических волн и

Устройство размещено в двух кон- регистрации параметров поперечных тейнерах (контейнер излучения и кон- волн, отличающийся тем, тейнер приема), соединенных- базовым что, с целью повышения точности решланговым .кабелем 1, и расположено гистрации динамических и кинематив буровом растворе 2, заполняющем 2О ческих параметров поперечных волн, скважину 3, на каротажном кабеле 4. возбуждают в направлении оси скважиФиксация положения устройства отно- ны плоскую гидроволну с основной сительно стенок скважины 3 производит- частотой, соответствующей реэонансся с помощью резиновых центрирующих ной частоте столба жидкости и опрестержней 5. В корпусе излучателя 6 5 -- ж помещается излучающая мембрана 7 с деляемой выражением р„- > . где отверстием в се е ине я п оп ска

27iR середине для пропуска,. V - скорость распространЕнйя волн базового шлангового кабеля 1. Внешний диаметр мембраны 7 выбран макси- 2. Устройство для осуществленияра скважины. Между корпусом иэлучаУстимым для данного диамет п способа по п.1, содержащее излучатель ежду корпусом иэлуча- элеКтродинамического типа с подвижтеля б и мембРаной 7 Расположены Ре- НоА мембраной иэ проводящего матери эиновые уплотняющие кольца 8,пред- ала, систему возбуждения излучателя назначенные для обеспечения гер- в виде катушки возбуждения и разряд- метичности устройства. Нижняя излу- ного конденсатора и приемнув системУ,. чающая поверхность мембраны контак- о т л и ч а ю щ .е е с я тем что

У У тирует с буровым раствором, а свер- подвижная мембрана излучателя выпола в виде круглого поршня максиху над мембраной расположена коль- иена в виде круглого по н цевая катушка 9 возбуждения. В при- мально допустимого и емном контейнере расположен приемник жины диаметра и ра-пол о допустимого для каждой сква10 4О д жины диаметра и расположена перпендикулярно к оси скважины, а раэрядконденсатор имеет емкость,опреный в виде сферы из пьезокерамики ный конденсатор и ее и приемный усилитель 11, а в контей- деляемую по формуле иере излучения расположен генератор 12. С

45.

Устройство работает следующим об-. где Ь вЂ” индуктивность катушки воэразом. буждения.

Генератор 12 акустического сигна- Источники информации, ла разряжает накопительный конден- принятые,во внимание при экспертизе сатор с емкостью С на катушку 9 воз- 1. Авторское свидетельство СССР буждения и создаваемое ею злектричес- 9 721791, кл. G 01 Ч 1/40,, 1977. кое поле отбрасывает мембрану 7,что 2. Патент ClOA Р 3614725, приводит к излучению акустического кл. 181-5, 1977 ° сигнала в буровой раствор 2. Акусти- З.,Авторское свидетельство СССР .ческий сигнал, прошедший по стволу 9 656011, кл. G 01 Ч 1/40, 1976. скважины, принимается приемником 10, 4. Авторское свидетельство СССР расположенным на расстоянии от излу- У 553560, кл. G 01 Ч 1/40, 1975 чающей мембраны, зафиксированном с (прототип). помощью базового шлангового кабеля 1.. 5. Авторское свидетельство СССР

Затем принятый сигнал усиливается В 438962, кл. G 01 Ч 1/40, 1973 усилителем 11 и по каротажному кабе- 4© (прототип).

960697

Составитель Н. Журавлева

Редактор С. Патрушева Техред Л.Пекарь Корректор С. Шекмар

Эаказ 7269/53 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4